Tổng quan về mạng GSM docx

•Tổng quan kiến trúc chung• IMEI – International Mobile Equipment Identifier: Bộ định danh thiết bị di động quốc tế • IMSI – International Mobile Subscriber Identifier: Bộ định danh thuê

Created by Phung Truong Tho

•Tổng quan kiến trúc chung

• IMEI – International Mobile Equipment Identifier: Bộ định danh thiết bị di động quốc tế

• IMSI – International Mobile Subscriber Identifier: Bộ định danh thuê bao di động quốc tế

• TMSI –Temporary Mobile Subscriber Identity: Nhận dạng thuê bao di động tạm thời

• MSISDN – Mobile Subscriber ISDN number: Số ISDN thuê bao di động

• MSRN – Mobile Station Roaming Number: Số lưu động trạm di động

• LAI – Location Area Identity: Nhận diện vùng định vị

• CI – Cell Identifier: Bộ định danh Cell

• BSIC – Base Station Identity Code : Mã nhận diện trạm gốc

2 Tổng quan kiến trúc GSM

Created by Phung

Truong Tho

2.2.1 IMEI – INTERNATIONAL MOBILE EQUIPMENT IDENTIFIER

• IMEI là một dãy số quốc tế duy nhất được cấp cho phần cứng của MS khi chế tạo Nó được đăng ký bởi nhà điều hành mạng và (không bắt buộc) được lưu trong AuC cho những mục đích phê duyệt

2.2.2 IMSI – INTERNATIONAL MOBILE SUBSCRIBER IDENTIFIER

• Khi một thuê bao đăng ký với nhà điều hành mạng, một bộ định danh IMSI được cấp và lưu trong SIM của MS Một MS chỉ có đầy đủ chức năng khi nó được hoạt động với một SIM hợp lệ chèn trong một MS với IMEI hợp lệ

2.2.3 TMSI –TEMPORARY MOBILE SUBSCRIBER IDENTITY

• Một bộ đình danh TMSI được cấp để bảo vệ nhận diện thực sự (IMSI) của một thuê bao Nó được cấp và lưu trong VLR (không phải trong HLR) khi việc gán IMSI được diễn ra hay việc cập nhật vùng định vị (LA) diễn ra Tại MS nó được lưu trong SIM của MS TMSI được cấp chỉ có hiệu lực trong LA cụ thể

2.2.4 MSISDN – MOBILE SUBSCRIBER ISDN NUMBER

• MSISDN thể hiện số ‘thực’ hay số ‘quay’ phù hợp với thuê bao Nó được ấn định cho thuê bao bởi nhà điều hành mạng khi đăng ký và được lưu ở SIM Mỗi MS có thể giữ nhiều số MSISDN, mỗi số thích hợp với một dịch vụ khác nhau

2.2.5 MSRN – MOBILE STATION ROAMING NUMBER

• MSRN là tạm thời, số ISDN phụ thuộc vị trí được cấp bởi VLR bố mẹ tới tất cả các MS bên trong vùng nó chịu trách nhiệm Nó được lưu trong VLR và kết hợp với HLR mà không phải trong MS MSRN được cấp bởi MSC VLR-liên đới để gọi định tuyến trong vùng dịch vụ MSC/VLR

2.2.6 LAI – LOCATION AREA IDENTITY

• Mỗi vùng định vị trong PLMN có một bộ định danh duy nhất quốc tế thích hợp (LAI) LAI được phát quảng bá đều đặn bởi các BTS trên kênh điều khiển quảng bá (BCCH), do đó mỗi cell được nhận diện duy nhất với một LA thích hợp

2.2.7 CI – CELL IDENTIFIER

• CI là một bộ định danh được ấn đinh cho mỗi cell bên trong mạng Tuy nhiên, CI chỉ duy nhất tron gmootj vùng định vị cụ thể Khi kết hợp với LAI cho LA thích hợp của nó, bộ nhận diện ô toàn cầu (GCI) được tạo ra với tính quốc tế duy nhất

2.2.8 BSIC – BASE STATION IDENTITY CODE

• Mỗi BTS được cấp một mã nhận diện duy nhất, BSIC và được sử dụng để phân biệt với các BTS láng giềng

Các bộ định danh GSM

NNS

Tổng quan kiến trúc GSM

Created by Phung

Truong Tho

Một mạng GSM được tạo nên bởi 3 phân hệ:

• Trạm di động (MS)

• Phân hệ trạm gốc (BSS) – Bao gồm 1BSC và nhiều BTS

• Phân hệ chuyển mạch (NSS) – bao gồm 1 MSC và những thanh ghi thích hợp

Giao diện giữa mỗi phân hệ này bao gồm:

• Giao diện 'A' giữa NSS và BSS

• Giao diện 'Abis' giữa BSC và BTS (bên trong BSS)

• Giao diện không gian 'Um' giữa BSS và MS

Chữ viết tắt:

MSC – Mobile Switching Centre : Trung tâm chuyển mạch di động

BSC – Base Station Controller : Bộ điều khiển trạm gốc

BTS – Base Transceiver Station : Trạm thu phát gốc

TRX – Transceiver : Máy thu phát

MS – Mobile Station : Trạm di động

BSS – Base Station Sub-system : Phân hệ trạm gốc

HLR – Home Location Register : Thanh ghi định vị thường trú

VLR – Visitor Location Register : Thanh ghi định vị tạm trú

AuC – Authentication Centre : Trung tâm chuyển mạch

EIR – Equipment Identity Register : Thanh ghi nhận dạng thiết bị

OMC – Operations and Maintenance Centre : Trung tâm bảo trì và điều hành

PSTN – Public Switched Telephone Network : Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Tổng quan kiến trúc GSM

Created by Phung

Truong Tho

• Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị vật lý sử dụng bởi 1 thuê bao PLMN để kết nối với mạng Nó bao gồm thiết bị di động (ME) và modul nhận diện thuê bao (SIM) Thiết bị di động tạo thành 1 phần của đầu cuối di động (MT) mà phụ thuộc vào ứng dụng và dịch vụ, có thể cũng bao gồm nhiều loại thiết bị đầu cuối (TE) và các bộ tiếp hợp đầu cuối (TA) khác nhau

Trạm di động GSM

Trạm gốc

Mạng lõi GSM

MS Đầu cuối di động (MT)

TE

• Hai phần của trạm di động cho ra một điểm khác biệt giữa thiết bị thực tế và thuê bao sử dụng nó

• IMSI nhận dạng thuê bao trong mạng GSM, trong khi đó MS ISDN là số điện thoại thực tế người gọi (có thể là trong mạng khác) sử dụng tới người đó

Created by Phung

Truong Tho

• Trạm di động bao gồm:

• Thiết bị di động (ME)

• Module nhận diện thuê bao (SIM)

• SIM chứa dữ liệu thường trực và tạm thời về di động, thuê bao và mạng, bao gồm:

• Nhận dạng thuê bao di động quốc tế (IMSI)

• Số MS ISDN của thuê bao

• Khóa nhận thực (Ki) và thuật toán kiểm tra nhận thực

• Thiết bị di động có nhận diện thiết bị di động quốc tế duy nhất, được sử dụng bởi EIR

Trạm di động GSM

• Bảo mật được cung cấp bằng việc sử dụng một khóa

nhận thực và bằng việc phát ra nhận dạng thuê bao di

động tạm thời (TMSI) qua giao tiếp vô tuyến nơi có

thể tránh việc sử dụng nhận diện thuê bao di động

quốc tế thường trực

• IMEI có thể được sử dụng để ngăn chặn những loại

thiết bị nào đó truy cập mạng nếu chúng không phù

hợp và cũng để kiểm tra thiết bị bị đánh cắp

• Một số lượng loại đầu cuối GSM được định nghĩa

trong tiêu chuẩn kỹ thuật GSM Chúng được phân biệt

chủ yếu qua mức công suất đầu ra

• Những đầu cuối di động chỉ được xác định với GSM

lớp 3 và 4 và DCS lớp 1 và 2 Những lớp khác được dự

định dùng cho những lắp đặt tĩnh hay gắn trên xe cộ.

Các lớp MS

Toàn tốcCông suất

mW dBmGSM lớp 2 960 39 (8W)GSM lớp 3 600 37 (5W)GSM lớp 4 240 33 (2W)GSM lớp 5 96 29 (0.8W)DCS lớp 1 120 30 (1W)DCS lớp 2 30 24 (0.25W)DCS lớp 3 480 36 (4W)

• GSM lớp 1 – đã xóa dựa trên tiêu chuẩn kỹ thuật GSM giai đoạn 2

• Công suất (mW) = Công suất đầu ra cực đại thông thường (milliwatts)

• Công suất (dBm) = Công suất đầu ra cực đại theo dBm (+watts)

• Nguồn: ETSI GSM 02.06 Version

– Cung cấp truy nhập vô tuyến cho những trạm di động

– Quản lý các hướng truy nhập vô tuyến của hệ thống

• BTS bao gồm:

– Máy phát/Máy thu vô tuyến (TRX)

– Xử lý tín hiệu và điều khiển thiết bị

– Các Antenna và cáp feeder

• BSC:

– Cấp phát kênh trong thời gian đàm thoại

– Duy trì cuộc gọi:

• Giám sát chất lượng

• Điều khiển công suất phát của BTS hay MS

• Phát tín hiệu chuyển giao tới ô khác khi cần thiết

• Vị trí đặt BTS quyết định sự cung cấp vùng phủ vô tuyến có thể chấp nhận

Phân hệ trạm gốc (BSS)

• Phân hệ trạm gốc (BSS) là một hệt thống của những thiết bị trạm gốc (máy thu phát, bộ điều khiển,…) được giám sát bởi BSC qua một giao diện A đơn lẻ như là một thực thể chịu trách nhiệm liên lạc với MS trong một vùng nào đó Thiết bị vô tuyến của một BSS có thể hỗ trợ nhiều cell

• Một BSS có thể bao gồm một hay nhiều trạm gốc, ở đó một giao diện A được cung cấp BSS bao gồm một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) và một hay nhiều trạm thu phát gốc (BTS)

BSC

BSSBTS

• Một BSC là một thành phần mạng trong PLMN có chức năng điều khiển một hay nhiều BTS

• Một BTS là một thành phần mạng phục vụ cho một ô

Created by Phung Truong Tho

• Chuỗi: rẻ, dễ thực hiện

– Một liên kết lỗi cô lập nhiều BTS khác

• Vòng: Sự dôi ra ở đây đem đến một số sự bảo vệ khi một liên kết lỗi

– Khó hơn khi mở vòng và mở rộng

– Vòng phải kín

• Sao: cấu hình phổ biến nhất cho những hệ thống GSM đầu tiên

– Đắt vì mỗi BTS cần có liên kết riêng

– Một liên kết lỗi luôn dẫn đến mất BTS

Cấu hình mạng BSS

Những trạm gốc được liên kết đến những BSC bố mẹ bằng

một trong số những cấu hình mạng tiêu chuẩn Liên kết vật

lý thực tế có thể là vi ba, cáp sợi quang hay cáp Quy hoạch

những liên kết này có thể dùng một công cụ như Connect

Created by Phung

Truong Tho

• Các yếu tố chìa khóa của NSS:

– Trung tâm chuyển mạch di động (MSC)

với:

• Thanh ghi định vị tạm trú (VLR)

• Thanh ghi định vị thường trú (HLR) với:

• Trung tâm nhận thực (AuC)

– Thanh ghi nhận dạng thiết bị (EIR)

Hệ thống chuyển mạch mạng (NSS)

PSTN/ISDN

SS7 Network VLR

EIR

HLR AuC

Created by Phung

Truong Tho

Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động là một tổng đài thực hiện tất cả các chức năng chuyển mạch và báo hiệu cho trạm di động định vị trong một vùng địa lý được xác định như vùng MSC

Điểm khác biệt chính giữa một MSC và một tổng đài của một mạng cố định là MSC phải tính đến ảnh hưởng của sự phân phối tài nguyên vô tuyến và bản tính di động của các thuê bao và phải thực hiên bổ sung, ít nhất là những thủ tục sau:

– Thủ tục đăng ký vùng định vị (chi tiết trong GSM 03.12);

– Thủ tục cần thiết cho chuyển giao (chi tiết trong GSM 03.09)

Chức năng của MSC:

– Chuyển cuộc gọi, điều khiển cuộc gọi và ghi lại cuộc gọi

– Giao diện với PSTN, ISDN, PSPDN

– Quản lý di động trên mạng vô tuyến và những mạng khác

– Quản lý tài nguyên vô tuyến-chuyển giao giữa các BSC

– Thông tin giá cước

Trung tâm chuyển mạch di động (MSC)

MSC

VLR

Created by Phung

Truong Tho

Một thanh ghi định vị tạm trú là một cơ sở dữ liệu phục vụ tạm thời những thuê bao trong một vùng MSC Mỗi MSC trong mạng có một VLR thích hợp nhưng một VLR có thể phục vụ nhiều MSC Một trạm di động di chuyển trong một vùng MSC được điều khiển bởi VLR thích hợp với MSC đó Khi một trạm di động (MS) vào một vùng định vị mới nó bắt đầu một thủ tục đăng ký MSC chịu trách nhiệm trong vùng đó thông báo đăng ký này và chuyển nhận diện vùng định vị nơi MS được đặt tới VLR Nếu MS chưa được đăng ký, VLR và HLR sẽ trao đổi thông tin để cho phép chuyển thích đáng những cuộc gọi có bao gồm MS

– Mỗi MSC có một VLR

– VLR chứa dữ liệu tạm thời cho những di động được phục vụ bởi MSC

– Thông tin này bao gồm:

– IMSI– MSISDN– MSRN– TMSI– LAI– Những tham số phục vụ bổ sung

VLR cũng chứa thông tin cần thiết cho việc chuyển những cuộc gọi được thực hiện hay nhận bởi các

MS đã đăng ký trong cơ sở dữ liệu của nó Bao gồm những yếu tố sau:

• Nhận diện thuê bao di động quốc tế (IMSI);

• Số ISDN trạm di động quốc tế (MSISDN);

• Số lưu đông trạm di động (MSRN)

• Nhận diện trạm di động tạm thời (TMSI), nếu thích hợp;

• Nhận diện trạm di động cục bộ (LMSI), nếu sử dụng;

• Vùng định vị nơi trạm di động được đăng ký Đối tượng dữ liệu này được sử dụng để gọi trạm

Thanh ghi định vị tạm trú (VLR)

MSC

VLR

Created by Phung

Truong Tho

HLR là một cơ sở dữ liệu chịu trách nhiệm quản lý những thuê bao di động Một mạng PLMN có thể chứa một hay nhiều HLR vật lý phụ thuộc vào số lượng thuê bao di động, dung lượng của thiết bị và tổ chức của mạng Tuy nhiên, ngay cả nếu như HLR bao gồm phần cứng tách biệt

về phương diện địa lý thì về phương diện vật lý nó vẫn tạo nên một cơ sở dữ liệu ảo đơn lẻ Hai loại thông tin được chứa trong đó là:

– Thông tin thuê bao;

– Thông tin định vị cho phép tính cước và định tuyến những cuộc gọi tới MSC nơi MS được định vị (ví

dụ số lưu động MS, địa chỉ VLR, địa chỉ MSC, nhận diện MS địa phương)

Hai loại số được đính kèm theo mỗi thuê bao di động và được lưu trong HLR:

– Nhận diện trạm di động quốc tế (IMSI);

– Một hay nhiều số ISDN quốc tế của trạm di động (MSISDN)

• Lưu trữ chi tiết của tất cả các thuê bao trong mạng như:

– Subscription information

– Thông tin định vị: số lưu động trạm di động, VLR, MSC

– Nhận diện thuê bao di động quốc tế (IMSI)

– Số MS ISDN

– Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và bản tin

– Những dịch vụ giới hạn

– Những dịch vụ bổ sung

• Cùng với AuC, HLR kiểm tra tính hợp lệ và sư lược dịch vụ của thuê bao

IMSI hay MSISDN có thể được sử dụng như một chìa khóa để truy nhập vào thông tin trong cơ sở

dữ liệu của thuê bao di động.

Thanh ghi định vị thường trú (HLR)

HLR AuC

Created by Phung

Truong Tho

• Một HLR trong một mạng

• Có thể chia vùng

• Lưu trữ chi tiết về vài nghìn thuê bao

• Máy tính đứng riêng-không có khả năng chuyển mạch

• Có thể được định vị ở bất kỳ đâu trong mạng SS7

• Kêt hợp với AuC

Cơ sở dữ liệu có thể chứa những thông tin khác như:

• Thông tin thuê bao dịch vụ thoại và bản tin;

• Các dịch vụ giới hạn (ví dụ: giới hạn chuyển vùng);

• Các dịch vụ bổ sung; HLR chứa các thông số đính kèm với các dịch vụ này

Các dịch vụ bổ sung không cần lưu toàn bộ trong HLR Tuy nhiên, sẽ an toàn hơn khi lưu những thông số của thuê bao trong HLR ngay cả khi một số được lưu trong thẻ thuê bao

Tổ chức của dữ liệu thuê bao được bố trí trong khuyến nghị ETSI GSM 03.08

Chú ý rằng VLR lưu trữ vị trí định vị hiện thời của thuê bao, trong khi HLR lưu trữ MSC/VLR mà chúng đang thuộc quyền Thông tin này được sử dụng để báo gọi cho thuê bao khi chúng có cuộc gọi đến

Thanh ghi định vị thường trú (HLR)

HLR AuC

• Một khóa sử dụng để mã hóa liên lạc qua đường truyền vô tuyến giữa trạm di động và mạng

Thủ tục sử dụng cho nhận thực và mã hóa được mô tả đầy đủ hơn trong phần bảo mật của khóa học này và trong khuyến nghị ETSI GSM 03.20

Sử dụng thuật toán A8 để tính ra KcGửi RAND, SRES và Kc tới MSC

Xác nhận SRES gửi từ MS

MS / SIM:

Lưu trữ KINhận RAND từ MSC

Sử dụng thuật toán A3 tính ra SRES từ RAND và Ki

Sử dụng thuật toán A8 tính ra KcGửi SRES tới MSC để xác nhận

Kc có thể dùng để mã hóa chuỗi phát tiếp theo

MSC:

Gửi RAND tới MS

SIM

Quá trình nhận thực

• Nhà điều hành có thể quyết định sử dụng nhiều hơn một GMSC

GMSC định tuyến những cuộc gọi ra ngoài mạng và là điểm truy nhập với cuộc gọi vào mạng tư bên ngoài

Nếu một mạng, chuyển đi một cuộc gọi tới PLMN không thể hỏi trực tiếp HLR, cuộc gọi sẽ được định tuyến đến một MSC MSC này sẽ hỏi HLR thích hợp và sau đó đinh tuyến cuộc gọi tới MSC mà trạm di động đó được liên kết tới MSC thực hiện chức năng định tuyến tới vị trí thực tế của MS được gọi là MSC đường cổng (GMSC)

Sự lựa chọn MSC nào có thể hoạt động như những MSC đường cổng là do nhà điều hành quyết định (ví dụ tất cả các MSC hay một số MSC được chỉ định)

Trung tâm chuyển mạch di động đường cổng (GMSC)

– Danh sách trắng: đầu cuối được cho phép kết nối vào mạng.

– Danh sách xám: đầu cuối đang dưới sự giám sát của mạng với những vấn đề có thể xảy ra.

– Danh sách đen: đầu cuối được báo cáo là đã bị đánh cắp hay không phải là một loại được chấp thuận bởi mang GSM Đầu cuối không được phép kết nối vào mạng

EIR chứa một hay nhiều cơ sở dữ liệu được lưu trong IMEI được sử dụng trong hệ thống GSM

Thiết bị di đông có thể được phân loại thành các nhóm: “danh sách trắng”, “danh sách xám” và “danh sách đen” và do đó có thể được lưu trong những ô riêng biệt Một IMEI cũng có thể không được EIR biết đến

EIR chứa, nhỏ nhất, là một “danh sách trắng” (Thiết bị được phân loại tại “danh sách trắng”)

Có một tùy chọn bổ sung mà có thể được sử dụng bởi nhà điều hành mạng để quản lý truy cập mạng bằng loại nào đó của thiết bị hay để giám sát sự mất hay những máy cầm tay bị đánh cắp

Thanh ghi nhận diện thiết bị (EIR)